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【挤出小百科】双螺杆挤出机挤出就机械、减速、热等基本原则详解(上)
发布:2019-7-19 14:12:42
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【挤出小百科】双螺杆挤出机挤出就机械、减速、热等基本原则详解(上)

  与单螺杆挤出机的挤出过程相比,啮合同向双螺杆挤出机的挤出过程更为复杂、多 变,因为影响这一过程的因素更多,如加料量、螺杆构型、螺杆啮合、操作条件 (温 度、螺杆转速) 等。下面就这些原则挤出过程做一些详解。
一、机械原则

  双螺杆挤出机挤出原理是一个螺杆在筒体中转动并把塑料向前推动。而螺杆实际上是一个斜面或者斜坡,缠绕在中心层上。其目的是增加压力以便克服较大的阻力。

就双螺杆挤出机有3种阻力需要克服:

固体颗粒(进料)对筒壁的摩擦力和螺杆转动前几圈时(进料区)它们之间的相互摩擦力;
熔体在筒壁上的附着力;
熔体被向前推动时其内部的物流阻力。
  螺杆不是以轴向运动的,虽然在圆周附近它可能横向快速转动。因此,螺杆上的轴向力被平衡了,而且如果它给塑料熔体施加了一个很大的向前推力那么它也同时给某物体施加了一个相同向后推力。综上,它施加的推力是作用在进料口后面止推轴承上。 
  多数单螺杆是右旋螺纹,像木工和机器中使用的螺杆和螺栓。如果从后面看,它们是反向转动,因为它们要尽力向后旋出筒体。在一些双螺杆挤出机中,两个螺杆在两个筒体中反向转动并相互交叉,因此一个必须是右向的,另一个必须是左向的。在其它咬合双螺杆中,两个螺杆以相同的方向转动因而必须有相同的取向。然而,不管是哪种情况都有吸收向后力的止推轴承。
 
二、减速原则
  在多数挤出机中,螺杆速度的变化通过调整电机速度实现。电机通常以大约1750rpm的全速转动,但是这对一个挤出机螺杆来说太快了。如果以如此快的速度转动,就会产生太多的摩擦热量而且塑料的滞留时间也太短而不能制备均匀的、很好搅拌的熔体。典型的减速比率在10:1到20:1之间。第一阶段既可以用齿轮也可以滑轮组,但是第二阶段都用齿轮而且螺杆定位在最后一个大齿轮中心。

三、热原则
  可挤出的塑料是热塑料,在加热时熔化并在冷却时再次凝固。熔化塑料的热量从何而来?进料预热和筒体/模具加热器可能起作用而且在启动时非常重要,但是电机输入的能量,机克服粘稠熔体的阻力转动螺杆时生成于筒体内的摩擦热量是所有塑料最重要的热源,小系统、低速螺杆、高熔体温度塑料和挤出涂层应用除外。

四、在进料区内,粘到筒体上滑到螺杆上
  为了使一台单螺杆挤出机光滑筒体进料区的固体颗粒输送量到达最大,颗粒应该粘在筒体上并滑到螺杆上。如果颗粒粘在螺杆根部,没有什么东西能把它们拉下来;通道体积和固体的入口量就减少了。在根部粘附不好的另一个原因是塑料可能会在此处热炼并产生凝胶和类似污染颗粒,或者随输出速度的变化间歇粘附并中断。
  多数塑料很自然地在根部滑动,因为它们进入时是冷的,而且摩擦力还没有把根部加热到和筒壁一样热。一些材料比另一些材料更可能粘附:高度塑化PVC,非晶体PET,和某些最终使用中想要的有粘附特性的聚烯烃类共聚合物。
  对于筒体,塑料有必要粘附在这里以便它被刮掉并被螺杆螺纹向前推动。颗粒和筒体之间应该有一个高的摩擦系数,而摩擦系数反过来也受后筒体温度的强烈影响。如果颗粒不粘附,它们只是就地转动而不向前移动——这就是为什么光滑的进料不好的原因。
  表面摩擦并非影响进料的唯一因素。很多颗粒永远都不接触筒体或螺杆根部,因此在颗粒物内部必须有摩擦和机械与粘度连锁。
  带槽筒体是一种特殊情况。槽在进料区,进料区与筒体其余部分是热绝缘的并是深度水冷的。螺纹把颗粒推入槽内并在一个相当短的距离内形成一个很高的压力。这增加了相同输出较低螺杆转速的咬合允量,从而前端产生的摩擦热量减少,熔体温度更低。这可能意味着冷却限制吹制膜生产线中更快的生产。槽特别适合于HDPE,它是除过氟化塑料之外最滑的普通塑料。

五、进料担当冷却剂
  挤出是把电机的能量——有时是加热器的——传送到冷塑料上,从而把它从固体转换成熔体。输入进料比给料区中的筒体和螺杆表面温度低。然而,给料区中的筒体表面几乎总是在塑料熔化范围之上[FS:PAGE]。它通过与进料颗粒接触而冷却,但热量由热前端向后传递的热量以及可控制加热而保持。甚至当前端热量由粘性摩擦保持并且不需要筒体热量输入时,可能需要开后加热器。最重要的例外是槽型进料筒,几乎专用于HDPE。
  螺杆根表面也被进料冷却并被塑料进料颗粒(及颗粒之间的空气)从筒壁上绝热。如果螺杆突然停止,进料也停止,并且因为热量从更热的前端向后移动,螺杆表面在进料区变得更热。这可能引起颗粒在根部的粘附或搭桥。